平纹编织碳纤维复合材料的块均质化建模及其涡流无损检测

针对平纹编织结构碳纤维增强复合材料(CFRP)几何结构复杂、电导率分布各向异性等特点,提出了一种块均质化的建模方法,为平纹编织CFRP在涡流无损检测中的有限元分析提供了理论基础。在此基础上对双圆旋转(DCR)线圈传感器所产生的涡流分布情况进行仿真研究,并计算出阻抗变化的极坐标图。通过更改经纱块或纬纱块的电导率,模拟了平纹编织CFRP的疲劳现象,并通过实验验证了模型的准确性。结果表明:线圈阻抗的最大变化出现在经纱和纬纱的电导率矢量叠加的最大值处,仿真与实验的结果误差小于0.6%,说明所提出的模型可以有效模拟平纹编织CFRP的电磁特性;可以通过在块均质化模型中改变电导率来模拟平纹编织CFRP的疲劳现象。

平纹编织碳纤维增强树脂复合材料离散电导率建模方法

编织碳纤维增强树脂复合材料(CFRP)的电阻抗分布具有各向异性、异质性、几何结构复杂等特点。建立电阻抗分布模型是利用电磁涡流无损检测技术获取编织CFRP缺陷及疲劳损伤信息的关键关节。基于电阻抗张量建模理论,采用多层编织结构CFRP二维平面的分块均化电学特性表征方法,建立编织结构CFRP的简化电阻抗分布模型,从而实现编织结构CFRP电磁特性的精确、快速有限元分析。在有限元仿真基础上,通过设计双空气旋转线圈电磁传感器对平纹编织CFRP进行电磁无损检测,选用阻抗的极坐标图描述被测材料沿不同方向的阻抗变化趋势,通过实验验证有限元建模的正确性。最后利用所提出的建模方法模拟了双空气旋转线圈传感器对平纹编织CFRP的结构缺陷及循环载荷疲劳的检测效果。